книги / Отопление и вентиляция. Отопление-1

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книга предназначена для студентов, обучающихся по спе­ циальности «Теплогазоснабжение и вентиляция» в высших учебных заведениях, причем преимущественно без отрыва от производства. Именно поэтому учебник по профилирующему курсу имеет несколько меньший объем по сравнению с ранее выпущенными аналогичными учебниками. Тем не менее в це­ лом в книге, по мнению автора, освещены все основные вопро­ сы учебной программы курса.

Автор поставил перед собой задачу — описать основные принципиальные схемы систем отопительных устройств, прин­ ципы их расчета и по возможности эксплуатационные харак­ теристики систем. Уяснение сущности устройства систем и ме­ тодов их расчета послужит необходимым фундаментом для творческой работы инженера.

Наличие обстоятельной справочной литературы по отопле­ нию освободило автора от необходимости широкого включе­ ния в книгу подробного описания оборудования и устройств.

Физические величины измерения при изложении теории указаны в системах МКГСС и СИ, а примеры расчетов — в системе МКГСС, поскольку вся нормативная и справочная ли; тература по вопросам отопления дается в указанной системе.

Автор искренне благодарит докт. техн. наук, проф. Б. Н. Лобаева, канд. техн. наук, доцентов Р. В. Щекина, В. А. Березов­ ского, а также канд. техн. наук И. Г. Староверова и канд. техн. наук И. С..Шаповалова за ценные замечания, сделанные ими по рукописи учебника.

ВВЕДЕНИЕ

Краткий обзор развития отопительной техники. Отопительные и вентиляционные системы устраивают с целью обеспечения в поме­ щениях санитарно-гигиенических условий, необходимых для пребы­ вания в них человека.

В цехах промышленных предприятий с помощью отопительно­ вентиляционных устройств поддерживаются определенные парамет­ ры внутреннего воздуха (температуры, влажности, подвижности, чистоты от механических примесей) в соответствии с требованиями технологического процесса и гигиеническими нормативами.

Отопительные устройства являются важнейшими в комплексе отопительно-вентиляционных сооружений. В основном отопитель­ ные устройства служат для создания нормального теплового режи­ ма в помещениях.

Отопительно-вентиляционная техника прошла большой путь развития и совершенствования. Тысячелетиями для отопления жи­ лища служил костер, на смену которому пришла печь.

Существенная роль в совершенствовании печей принадлежит нашей отечественной технике. С XVII в. до наших дней сохрани­ лась слава о выдающихся мастерах-умельцах кладки печей М. Ва­ сильеве, Е. Иванове, П. Заборском, С. Буткееве. Большую цен­ ность имели работы архитектора И. И. Свиязева (1867) по расчету и конструированию печей.

Конструированию и расчету огневоздушного отопления посвя­ щены известные работы Н. А. Львова (1799), Н. А. Амосова (1835), Г. С. Войницкого (1881).

Центральные водяные и паровые системы отопления стали рас­ пространяться лишь в начале прошлого века. В России были рас­ пространены установки, созданные П. Г. Соболевским (1834). Ин­ тенсивно развивалась отопительная техника в конце прошлого и начале XX в. в связи с ростом строительства городов и крупных промышленных предприятий.

В начале XX в. получают дальнейшее развитие центральные си­ стемы отопления. В 1903 г. проф. В. М. Чаплин применил паро­ струйный эжектор в системе пароводяного отопления. В 1909 г. по проекту инж. М. П. Мельникова в здании Михайловского театра была устроена система водяного отопления с насосной циркуляци­ ей. В 1906—1911 гг. инж. В. А. Яхимович в ряде объектов применил систему панельно-лучистого отопления, в которой нагревательными приборами являлись бетонные панели, встроенные в стены. В эти панели были замоноличены змеевики из стальных труб.

После Великой Октябрьской социалистической революции со­ вершенствование отопительных систем получило подлинно широкое развитие.

Советское законодательство предусматривает создание условий, делающих труд человека здоровым и высокопроизводительным. В Программе Коммунистической партии Советского Союза говорится, что «всемерное оздоровление и облегчение условий труда — одна из важнейших задач подъема народного благосостояния».

Вопросы конструктивного улучшения, повышения гидравличе­ ской устойчивости, использования новых видов тепловой энергии, совершенствования методов расчета на базе изучения строительной теплофизики и гидравлики явились темами многих исследований. К ним относятся труды А. А. Крауза, П. Н. Каменева, Л. А. Семено­ ва.,. Б. Н. Лобаева, В. Н. Богословского, В. И. Гусева и др.

Отопительно-вентиляционная техника относится к прикладным наукам. Научной основой ее являются физика, общая теплотехни­ ка, гидравлика. Поэтому изучению курса отопления и вентиляции

принципы работы основных систем отопления и их расчета, уясне­ ние сущности которых позволит самостоятельно освоить устройство, действие и методы расчета других систем.

Т р е б о в а н и я , п р е д ъ я в л я е м ы е к с и с т е м а м о т о п ­ л е н и я , подразделяют на санитарно-гигиенические, технико-эконо­ мические, строительно-архитектурные и эксплуатационные.

Санитарно-гигиенические требования имеют целью обеспечение в помещениях микроклимата или метеорологических условий, бла­ гоприятных для здоровья и труда человека.

Технико-экономические требования сводятся к тому, чтобы обес­ печить оптимальную характеристику системы отопления.

Строительно-архитектурные требования предусматривают увяз­ ку системы отопления со строительными конструкциями и архитек­ турной композицией помещений, а также сохранность строительных конструкций в течение всего срока эксплуатации зданий.

Эксплуатационные требования заключаются в том, чтобы обес­ печить удобное регулирование системы отопления, тепловую ее на­ дежность, бесшумность действия, пожарную безопасность, удобст­ во и простоту ремонта.

Классификация систем отопления. Системы отопления различа­ ют по следующим конструктивным признакам и параметрам:

1) месту размещения генератора тепла относительно отапливае­ мых помещений — на местные и центральные;

2)виду теплоносителя, подводящего тепло к отапливаемым по­ мещениям, — на водяные, паровые, воздушные;

3)параметрам теплоносителя — на водяные системы с водой, нагретой ниже 100°С или выше 100°С (перегретой*), и паровые системы низкого и высокого давления;

* Под перегретой водой условно принято понимать воду с температурой выше 100° С.

4) передаче тепла отапливаемым помещениям — конвективные, лучистые;

5) способу циркуляции — на естественную (гравитационную), искусственную (насосную) ;

6) конструктивным особенностям, отличающим системы друг от друга схемой прокладки магистральных трубопроводов и стояков.

'К местным относят системы, в которых генератор тепла и тепло­ отдающая часть находятся непосредственно в отапливаемом поме­ щении; это — печное^ газовое и электрическое отопление.

Центральными системами отопления называют такие системы, reHepaTQpbi тепла в которых расположены вне отапливаемых поме­ щений.

В системах с верхней разводкой подающие магистрали прокла­ дывают на чердаках или под потолком верхнего этажа, в системах с нижней разводкой — в подвале или подпольных каналах.

По способу подводки теплоносителя к нагревательным-приборам и отвода его схемы стояков могут быть двухтрубные или однотруб­ ные.

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ЧЕРЕЗ ОГРАЖДЕНИЯ ЗДАНИЙ

§1. ПРОЦЕССЫ ТЕПЛООБМЕНА

Вхолодное «время года, когда наружная температура ниже тем­ пературы внутреннего воздуха, помещение теряет теплоту через ограждения. Процесс передачи тепла через ограждение является сложным явлением. Но в любом случае в передаче тепла участвуют порознь или в сочетаниях следующие три вида теплообмена: теп­ лопроводность, конвекция и тепловое излучение.

Ниже рассмотрены способы передачи тепла через ограждения..

Передача тепла теплопроводностью. Теплопроводностью назы­

вают молекулярный перенос тепла в сплошной среде, обусловлен­ ный наличием градиента температуры.

Количество тепла, передаваемого теплопроводностью, опреде­ ляют по закону Фурье

где к — коэффициент теплопроводности или множитель пропорцио­ нальности, численно равный плотности теплового потока при гра­ диенте температуры, равном единице, ккал/м-ч-град [Вт/(м-град)]; grad t — градиент температур, направленный по нормали к изотер­ мической поверхности в сторону возрастания температуры, его раз­ мерность — град/м. Значение grad t с обратным знаком означает па­ дение температуры.

При передаче тепла через плоское ограждение площадью F

Т2 — температура внешней поверхности ограждения, град; ô —тол­ щина ограждения, м.

Коэффициент теплопроводности к зависит от физической харак­ теристики материала: объемной массы его у, влажности W и тем­

С увеличением объемной массы материала, его влажности и температуры коэффициент теплопроводности материала возрастает.

Передача тепла конвекцией. При конвективном теплообмене теплоотдача происходит одновременно теплопроводностью и кон­ векцией. Влияние этих процессов на теплоотдачу выражают через коэффициенты пропорциональности (коэффициенты конвекции).

Передача тепла конвекцией происходит путем перемещения час­ тиц жидкости или газа. Количество тепла, передаваемого конвек­ цией, определяется по формуле Ньютона

где ак — коэффициент конвективного теплообмена, ккал/м2-ч-град [Вт/(м2*град)]; F — площадь поверхности теплоотдачи, м2; t\—t2— разность температур поверхности t\ и среды t2 (или наоборот).

Конвективный теплообмен в основном зависит от интенсивности движения потока среды. Существенно влияет на теплообмен поло­ жение теплоотдающей поверхности (горизонтальное или вертикаль­ ное) и направление теплового потока (снизу вверх или сверху вниз). Например, при расположении греющей поверхности вверху и, следовательно, при направлении теплового потока сверху вниз практически ак = 0.

Передача тепла излучением. Излучением называется теплооб­ мен, при котором энергия с одного тела на другое передается в ре­ зультате внутриатомных процессов. Носителем теплового излуче­ ния являются электромагнитные волны.

Теплообмен излучением может происходить между телами с различной температурой. При одинаковой же температуре все тела находятся в так называемом термодинамическом равновесии. И в этом случае тепло излучается и поглощается лишь при одном усло­ вии: приход лучистой энергии равен ее расходу.

При теплообмене излучением двух с неодинаковой температурой поверхностей, расположенных параллельно, количество тепла, воспринимаемого поверхностью с меньшей температурой (опреде­ ляемое по закону Стефана — Больцмана), пропорционально разно­

где сПр —приведенный коэффициент излучения двух противостоя­ щих друг другу тел, ккал/(м2-ч-градК4) [Вт/(м2^рад К4)]; F — поверхность излучения, м2; Ти Т2— абсолютные температуры по­ верхностей;

7\ = 273+ tx\ Г2= 2 7 3 - К .

Коэффициент теплоотдачи излучением зависит от степени чер­ ноты тел, участвующих в теплообмене.

Приведенный коэффициент излучения спр определяют по фор­ муле

чения второй поверхности с температурой Г2, ккал/(м2-ч-градК4) [Вт/(м2-К4)]; с0 — коэффициент излучения абсолютно черного тела, ккал/(м2-ч-град К.4)[Вт/(м2-К4)].

Величины коэффициентов излучения зависят от цвета поверхно­ сти, качества ее обработки и температуры тела. Для абсолютно чер-

температуры воздуха помещения tBi внутренней поверхности